Linux系统快速启动方案
========================= 基本常识 =========================
Linux系统基本启动流程:
1、 CPU从ROM(如果有的话)的0x0地址开始读取代码,执行loader;
2、 Loader初始化ram,从rom中拷贝uboot或kernel的镜像到ram的指定地址并执行;
3、 Uboot(如果有)拷贝kernel镜像和dtb文件到ram的指定地址,并运行kernel;
4、 设置bootargs会被覆盖,kernel启动;
5、 Kernel自解压;
6、 Kernel初始化;
7、 Kernel加载内置驱动程序,启动硬件设备;
8、 加载文件系统,读取并执行/etc/inittab.
========================= 快速启动原理 =========================
一、 基本原理
1、 硬件IO时间;
2、 流程精简;
3、 内核精简;
二、 启动流程分析
1、 0x0,一级loader,配置ram; à必须;
2、 拷贝uboot或kernel及dtb到ram; à必须,从ROM读值,IO时间;
3、 Uboot(如果有)拷贝kernel和dtb; à可去除,直接跳过;
4、 设置bootargs,kernel启动; à非必须,不占IO时间;
5、 Kernel自解压; à可精简,但会加长2的IO时间;
6、 Kernel初始化; à必须;
7、 Kernel加载内置驱动程序,启动硬件设备; à可精简,占大量IO时间;
8、 扫描ROM; à可去除;
9、 挂载文件系统; à必须,但为了8,可调整到2;
10、 读取并执行/etc/inittab. à必须;
三、 基本思路
1、 Loader
- Loader存在的目的就是为了引导系统;
- 除非必要,不需要loader来驱动硬件,否则linux就没有存在的必要;
2、 Kernel
- 必要的常识:Kernel的启动只与CPU及ram有关;
- Kernel内嵌驱动,是为了应对固件挂载前必须要做的硬件IO操作;
3、 文件系统
- Kernel启动时,文件系统不一定要从rom中读取,也可以在ram中读取;
- Rom在loader中已经能够使用,可以趁这个时候把需要的东西一次性读出,没有必要占用kernel启动的宝贵时间;
- 为了加速loader加载文件系统的速度,文件系统又可分为通用部分(<3mb)、固件部分,由kernel中的cramfs驱动加载启动文件系统,先完成启动任务,再从启动文件系统中加载rom设备的驱动,再加载固件文件系统;
四、 调整后的启动流程
1、 0x0,一级loader,配置ram;
2、 拷贝kernel(精简),dtb,文件系统镜像(精简)到ram;
3、 设置bootargs,kernel启动;
4、 Kernel自解压;
5、 Kernel初始化;
6、 Kernel加载必须的驱动程序备;
7、 挂载通用文件系统;
8、 读取并执行/etc/inittab;
9、 挂载固件,包括驱动程序、额外的应用软件及LIB;
========================= 快速启动配置 =========================
一、 精简loader
思路:
1、 Loader的目的是为内核准备启动的条件;
2、 Loader跳过准备运行环境的步骤,直接加载内核即可;
方法:
注:各大厂商的bootloader千差万别,只能介绍大概的办法
1、 如果官方工程有跳过uboot的方法,那么直接采用这种方法;
2、 若1不可取,则删改uboot代码,在进入uboot,硬件初始化结束后,不进行uboot用户环境的初始化,直接使用源代码加载和启动镜像;
效果:bootloader过程耗时减少;bootloader体积缩小;
二、 精简kernel
思路:只保留启动所必须的驱动程序即可,如cramfs的读写驱动,音频驱动(开机音乐),其余驱动做成ko文件,放到文件系统中;
方法:
1、 make ARCH=arm menuconfig,砍掉不会用到的驱动;
2、 启动时不需要的,但应用程序需要的驱动程序,设置为module,从内核剥离,;
3、 Busybox必须提供insmod功能;
效果:内核体积缩小,loadder加载kernel的时间缩短,kernel解压缩时间缩短,kernel启动到挂载文件系统的时间缩短;
三、 精简rootfs(即制作通用部分)
思路:
只保留:1、busybox;2、通用的/etc配置文件;3、加载固件所需的驱动程序(rom相关);4、启动任务所需要的文件(比如音频播放器);5、相关运行库;使用cramfs打包,体积约2.4mb;
效果:该文件系统可以直接在ram中运行,可以延迟加载rom驱动;
四、 制作固件
1、 剩余的所有文件全部封装到固件系统中(ext4格式或ubi格式);
2、 但需要注意的是固件的/etc中需要有一个rc.local文件,当rootfs中定制的任务完成后,调用该文件启动固件的任务;
3、 为了保持系统的正常运行,原/etc中的rcS文件在挂载固件后,要添加额外操作:
# 挂载固件
Mount /dev/*** /mnt
# 用固件的etc覆盖通用的etc,应用固件的配置及恢复写权限
Mount /mnt/etc /etc
# 用固件的var覆盖通用的var,恢复读写权限
Mount /mnt/var /var
# 扩展lib搜索范围到固件的/lib和/usr/lib,保证程序正常运行
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/mnt/lib:/mnt/usr/lib
# 执行固件的启动配置脚本
/etc/init.d/rc.local
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